OpenGL超級寶典總結(二)2D/3D笛卡爾座標、座標裁剪、紋理座標、MVP轉換等概念

若是你想把圖形渲染在正確的位置上，那麼座標的設置就很重要了。在OpenGL中，與座標相關的主要有笛卡爾座標、座標裁剪、紋理座標、MVP(Model View Projection)轉換。

1.笛卡爾座標

     在二維繪圖中，笛卡爾座標有一個X軸和一個Y軸組成，X軸爲水平方向，Y軸爲垂直方向，X和Y相互垂直。如圖1。關於正負方向問題，默認如圖1上標示，可是咱們能夠根據實際需求本身定義。（左下角爲（0， 0）原點）

     圖1：

     

　　在三維繪圖中，笛卡爾座標多了一個Z軸，Z軸同時垂直於X和Y軸。Z軸的實際意義表明着三維物體的深度。如圖2。關於正負方向問題，默認如圖2上標示，可是咱們能夠根據實際需求本身定義。

     圖2：

     

2.座標裁剪

　　窗口是以像素爲單位進行度量的。開始在窗口中繪製點、線和形狀以前，要把指定的笛卡爾座標對翻譯成屏幕座標，咱們能夠經過指定佔據窗口的笛卡爾區域來轉換，這個區域叫作裁剪區域。在二維空間中，有兩種常見的裁剪區域。第一種，裁剪區域就是窗口內部最小和最大的x、y值，如圖3。第二種就是根據窗口指定原點位置，如圖4。

　　圖3：

            

　　圖4：

       

　　在OpengL繪圖中採用的裁剪座標是第二種，而且x、y的取值爲-1~+1，這稱爲單位座標。固然咱們日常直接使用setPosition(x=500,y=600)，x和y值到最後仍是會經過矩陣相乘轉換成單位座標，這是涉及到模型視圖、投影的變換，即MVP變換(Model  View Projection)。

3.紋理座標（左上角爲（0， 0）原點）

　　在指定了圖形的笛卡爾座標後，若是想要在圖形上進行貼圖，則要設置好紋理座標。紋理座標要麼是指定爲着色器的一個屬性，要麼經過算法計算出來。典型狀況下，紋理座標是做爲0.0到1.0範圍內的浮點值指定，固然你也能夠設置本身預約的範圍，而後再着色器中進行單位化計算。紋理座標的命名爲s、t和q(與頂點座標x、y、z、w類似)，支持從一維到三維的紋理座標，而且能夠選擇一種對座標進行縮放的方法。如圖5。

　　圖5：

            

　　注意：若是紋理通過DXT壓縮(一般爲jpg格式)，紋理的座標的t座標會反轉。即原點變成左上角了，y軸向下爲正，x依舊向右爲正。由於DXT壓縮源自DirectX，紋理座標和OpenGL相比，因此使用壓縮紋理時，得用「t變=1.0-t前」來獲取正確的紋素。即在OpenGL中(0,0)變爲(0,1),(0,1)變爲(0,0)，(1,1)變爲(1,0)，(1,0)變爲(1,1)。

4.模型視圖、投影

　　首先，咱們來看看OpengGL變換的術語。

　　視圖(View)--指定觀察者或照相機的位置。

　　模型(Model)--在場景中移動物體。

　　模型視圖--描述視圖和模型變換的二元性。

　　投影(Projection)--改變視景體的大小或從新設置它的形狀。

　　視口--這是僞改變，只是對窗口上的最終輸出進行縮放。

　　視圖座標與視圖變換

　　　　視覺座標是相對觀察者的視角而言的，它是一個虛擬的固定座標系，一般用做參考座標系。 視圖變換容許咱們把觀察點放在任何位置，並容許在任何方向上觀察場景。肯定視圖變換就像在場景中放置照相機並讓它指向某個方向。

　　模型變換

　　　　模型變換用於操縱模型和其中的特定對象，這裏的模型指的是點的笛卡爾座標，這些變換將對象移動到須要的位置，而後再對它們進行旋轉和縮放。一般代碼如，Sprite::moveTo(x,y),Sprite::scale(x)。這裏須要注意的是模型變換的順序，由於矩陣的相乘不遵照結合律，所以變換順序不一樣，一般獲得的結果會不一樣。

　　模型視圖變換

　　　　模型視圖變換是模型變換和視圖變換在變換管線中的組合。由於有時兩種變換的效果同樣的，如將對象向後移動和將參考座標系向前移動在視覺上的效果同樣，可是後者的變換對全部的元素都有效，前者只做用於本身。因此，要看本身須要那種效果來進行那種變換。

　　須要注意的是，在OpengL中的矩陣是以列優先排序的。

　　投影變換

　　　　投影變換將在模型視圖變換以後應用到頂點上，這種投影定義了視景體並建立了裁剪平面。投影變換有兩種:正投影和透視投影。

　　　　正投影，全部多邊形都是按一樣相對大小來在屏幕上繪製的。線和多邊形使用平行線來直接映射到2D屏幕上。適合藍圖、文本等二維圖形。如圖6。

　　　　圖6：

                  

　　　　透視投影，經過非平行線來把圖形映射到2D屏幕上，有透視縮短的特色，更加貼近現實。如圖7。

　　　　圖7：

            

5.總結

　　最後，咱們梳理一下渲染過程當中座標變換的流程，如圖8。

　　圖8：

        

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